Первый автор исследования и научный сотрудник Университета Кендра Критц говорит, что ее метод использования изотопов эмали гиппопотама может помочь ученым реконструировать прошлые изменения в растительности в национальных парках Африки, в районах, где ведется относительно мало текущих научных наблюдений. Результаты могут дать экологам представление о том, что может случиться с лугами Африки, если слоны, численность которых резко сокращается, вымрут или почти исчезнут.«У нас есть окно в то, как эта среда могла бы выглядеть без крупных травоядных, и это довольно мрачно», — говорит Криц.
Конкурирующие классы растенийЛуга — важная экосистема в Африке, в которой обитает множество животных и служат коридорами для передвижения диких животных. Низменные тропические травы, такие как травы в экосистемах слонов, относятся к классу растений C4, что относится к ферменту, который используется для преобразования углекислого газа в сахара во время фотосинтеза.
Кукуруза и сахарный тростник также относятся к C4-растениям. C3-растения, которые используют другой фермент, включают деревья, кустарники, цветущие растения и травы. Растения C3 конкурируют за ресурсы с травами C4 в африканских саваннах, включая солнечный свет. Слоны и другие крупные травоядные животные помогают сдерживать рост древесных растений, сезонно просматривая кусты и деревья.
Но без этого контроля травоядных растения C3 могут беспрепятственно продвигаться по лугам.Наличие кустарников и деревьев, которые можно увидеть на аэрофотоснимках, дает лишь частичную картину баланса сил между растениями C3 и C4. Наблюдение за травами и цветущими растениями требует наблюдения с уровня земли, и записи о таких наблюдениях в Угандийском национальном парке Королевы Елизаветы и во многих национальных парках Африки немногочисленны.
В метаболических процессах двух групп растений изотопы углерода обрабатываются по-разному, так что растения C4 имеют более высокую долю тяжелых изотопов углерода, чем растения C3. Поскольку животные, такие как бегемоты, поедают растения, изотопные сигнатуры растений в их рационе включаются в тела животных и сохраняются в прочных тканях, таких как зубы. Как выяснил Криц, бегемоты из Национального парка Королевы Елизаветы косвенно «наблюдали» за растительным составом лугопастбищных угодий.Экологический кризис в королеве Елизавете
Национальный парк Королевы Елизаветы находится на границе между Угандой и Демократической Республикой Конго и охватывает канал, соединяющий два озера. В 1971 году Иди Амин стал президентом Уганды, и управление национальными парками практически прекратилось. В период с 1971 по середину 1980-х годов угандийские военные убили тысячи слонов, как для продажи слоновой кости для финансирования режима, так и в качестве еды. Агрессивное браконьерство продолжалось после изгнания Амина, и к середине 80-х популяция слонов в парке упала с более чем четырех тысяч до примерно 150.
Браконьерством подверглись также около 4000 бегемотов.Исследования показали, что после возобновления управления в 1990-х годах в парке увеличились площади древесных растений.
Поскольку изменения произошли в течение нескольких десятилетий, Национальный парк Королевы Елизаветы был идеальной экосистемой, в которой можно было проверить, могут ли зубы травоядных олицетворять переход от растений C4 к C3.Получение и проверка зубов
По словам Крица, зубы гиппопотама достать нелегко. Раньше зубы не использовались для изотопного анализа из-за сложности получения образцов за широкий диапазон периодов времени.
Один из соавторов Крица, Ханс Клингель из Университета Брауншвейга в Германии, провел важное исследование поведения бегемотов в Национальном парке Королевы Елизаветы в 1980-х и 90-х годах. Он предоставил зубы из 1960-х годов, до браконьерства, и из 2000 года. Криц и ее коллеги взяли образцы эмали через каждый сантиметр по длине каждого зуба, используя известные скорости роста, чтобы сопоставить участки зуба с разными годами. Все эти образцы, взятые вместе, записали историю диеты примерно за последнее десятилетие жизни животного.
Но анализ показал, что эти два зуба имели очень разные изотопные сигнатуры. Крицу нужен был третий образец между двумя временными периодами.Находясь в Уганде в 2013 году, Криц обратился к нынешнему надзирателю за очередным зубом бегемота. Надзиратель показал ей скелет бегемота, умершего в 1991 году, выставленный в парке-музее — точно в пределах временного диапазона, к которому стремился Криц. (Подробнее об извлечении зуба и о взятии проб из него в неблагоприятных условиях см.
В прикрепленном звуковом файле).Результаты показали, что бегемоты 1960-х годов ели примерно 80 процентов растений C4, а процент C4 в рационах более поздних бегемотов упал примерно до 65 процентов. Это показало, что в течение всего лишь нескольких десятилетий вторжение растений C3 значительно увеличилось, чтобы существенно повлиять на рационы животных в парке.
Результаты также показали обоснованность метода Крица и реконструировали развитие изменений растительности с 1960-х годов.Еще одним сюрпризом в результатах стала доля растений C3 в рационах более поздних бегемотов.
Первоначальные исследования диеты бегемотов предполагали, что бегемоты ели только траву. «И мало кто из исследователей высказал предположение об обратном», — говорит Криц. «Похоже, что они на самом деле довольно гибкие в своем рационе и адаптируются к изменениям окружающей среды».Восстановление лугов
Из работы Крица ясно следует, что гибель слонов и других крупных травоядных может привести к быстрым экологическим изменениям. «Мы создали рекорд, который показывает, насколько серьезной может быть потеря крупных травоядных в парке в очень короткие сроки», — говорит она. «В течение десяти лет мы видим большие изменения в том, что происходит в этом некогда разнообразном зеленом районе парка. Это окно в будущее того, что может произойти в восточноафриканских саваннах, поскольку на слонов продолжают браконьерство с беспрецедентной скоростью. . "Криц надеется, что восстановление популяций слонов может обратить вспять изменения и привести к возрождению пастбищ. «Но когда у вас слишком много слонов, они также могут вырубать леса, чрезмерно просматривая их», — говорит она. «Есть баланс, которого вы должны достичь.
Сейчас самое важное — упорно трудиться в борьбе с браконьерством».По словам Крица, люди могут бороться с браконьерством, уменьшая спрос и финансовые стимулы для добычи слоновьих бивней. «Отказ от покупки слоновой кости и знание того, какие продукты из слоновой кости можно использовать, — лучшее, что вы можете сделать для защиты слонов».